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Zum Titelbild: Der westlich der Insel Sylt gelegene Offshore-Windpark Butendiek ist seit 2015 am Netz. Die Sicherstellung der vorgesehenen Standzeiten von 20 bis 30 Jahren erforderte qualitativ hochwertige Korrosionsschutzbeschichtungssysteme auf einer Gesamtfläche von 140000 m2. Als erster Windpark setzte Butendiek hier auf die lösemittelfreie Foundation- und Monopilebeschichtung der Sika Deutschland GmbH. Doch nicht nur das Beschichtungssystem, auch die Reparatursysteme von Sika für die mechanisch beschädigten Flächen des Windparks sind nachhaltig und liefern hervorragende Ergebnisse. Das belegt eine jährliche Begutachtung der Arbeiten an den Transition Pieces. (Foto: Sika)

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In Zeiten globalen Warenhandels und digitaler Verfügbarkeit spielen Lager- und Gewerbebauten eine zunehmend wichtigere Rolle. Allein in der BRD werden lt. IFBS-Geschäftsbericht jährlich im Bereich von Dach- und Fassadenflächen Stahlsandwichelemente mit einem Polyurethan- oder Mineralfaserkern in einer Größenordnung von 20 Mio. m2 verbaut. In Europa sind dies lt. Forschungsinstitut für Wärmeschutz e. V. München sogar 130 Mio. m2. Diese Bauelemente sind aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, Energieeinsparung und Durabilität erste Wahl. Laut EU-Gebäuderichtlinie 2010 sind Neubauten so zu errichten, dass für Heizung, Kühlung und Lüftung möglichst keine Energie verbraucht wird. Dieses Ziel wird ebenso im neuen Gebäudeenergiegesetz festgeschrieben. Neben den bisherigen Strategien, Energieverluste durch größere Bauteildicken einzudämmen, wird im Folgenden die Option der thermischen Bauteilaktivierung aufgezeigt. Drei Ziele werden primär verfolgt: 1) Durch solare Gewinne soll Heizenergie reduziert, CO2 eingespart werden. 2) Mittels energetischer Gewinne soll die Dämmstärke reduziert, Ressourcen geschont werden. 3) Die energetischen Gewinne müssen in einem gebäudetechnischen Szenario valide abgebildet werden, die Wirtschaftlichkeit ist zu prüfen. Die wissenschaftliche Untersuchung fand im FOSTA-Forschungsprojekt “Gebäudeintegrierte solare Stahlsandwichelemente für den Industrie- und Gewerbebau mit Mineralwollkern” (P1253; IGF Nr. 19520 N) statt.

Energized activate sandwich elements with mineral fibre core
In times of global trade in goods and digital availability, warehouse and commercial buildings play an increasingly role. In the BRD alone, steel sandwich elements with a polyurethane- or mineral wool core with a size of 20 million m2 are produced and installed annually in the area of roof and façade. In Europe this is as much as 130 million m2. These components are the first choice for reasons of economy, energy savings and durability. According to the EU - Building-Directive 2010, new buildings are to be constructed in such a way that as little energy as possible is used for heating, cooling and ventilation. This goal is also laid down in the new Building Energy Law. In addition to the previous strategies to contain energy losses by using larger component thicknesses, the option of thermal component activation is shown below. Three goals are primarily pursued: 1) Solar gains should reduce heating energy and save CO2. 2) Insulation thickness should be reduced by means of energetic gains, resources should be conserved. 3) Energetic gains have to validly depicted in a building technology scenario, the economic viability has to bechecked. The scientific investigation took place in the research project “Building-integrated solar steel sandwich elements for industrial and commercial construction”.

Die Versorgung von Neubauten soll möglichst weitgehend unabhängig von fossilen Energieträgern erfolgen. Erneuerbare Energien spielen dafür eine gewichtige Rolle. Eine gute Möglichkeit, erneuerbare Energien ohne viel zusätzlichen Aufwand nutzbar zu machen, ist, bereits vorhandenen Komponenten im Gebäude zusätzliche Funktionen zu geben. Hier kann bspw. die Fassade oder das Dach solarthermisch aktiviert oder durch Fotovoltaikmodule ergänzt werden. Auch Tiefgründungen können neben der statischen Funktion noch eine geothermische Funktion zur Aufnahme oder Abgabe von Wärme erhalten. Neben der Erzeugung bietet sich auch für die Verteilung der Wärme oder Kälte im Gebäude die Integration in Bauteile an. Hier kann bspw. der Boden durch eine Fußbodenheizung oder die Decke durch Deckenstrahlplatten aktiviert werden.
Im Rahmen der Veröffentlichung wird auf die thermische Aktivierung von Stahlkomponenten eingegangen. Es wird eine Lösung vorgestellt, die vorgehängte hinterlüftete Stahlfassade (VHF) solarthermisch zu aktivieren. Außerdem werden zwei Möglichkeiten zur geothermischen Aktivierung von Tiefgründungen mittels Stahlpfählen gezeigt. Zuletzt wird ein System zur thermischen Aktivierung von Stahltrapezprofilen an der Decke erläutert, welches Wärme zuführen oder bei Bedarf abführen kann.

Use of renewable energies by thermal activation of steel components
The supply of new buildings should be as independent from fossil fuels as possible. Renewable energies are important to reach this aim. A good way to achieve a higher usability of renewable energies without much additional effort is to give existing components in the building additional functions. For example, the façade or roof can be solar-thermally activated or extended by photovoltaic modules. Deep foundations can also be given a geothermal function in addition to their structural function to absorb or release heat. Integration into building components is also suitable for the distribution of heat or cold in the building in addition to the generation. For example, the floor can be activated by underfloor heating or the ceiling by radiant ceiling panels.
The publication deals with the thermal activation of steel components. A solution is presented to activate the curtain-type rear-ventilated steel façade by solar thermal means. Furthermore, two possibilities for geothermal activation of deep foundations using steel piles are shown. Finally, a system for the thermal activation of trapezoidal steel profiles at the ceiling is explained, which offers the possibility of adding or if required removing heat.

Anhand dreier Beispiele aus eigener Forschung und Entwicklung werden Herausforderungen und Potenziale im Bereich der Planung und Konzeption innovativer Tragstrukturen für Windenergieanlagen dargestellt. Dabei ist die Ermüdung ein zentrales Thema. Durch die windrichtungsscharfe Bestimmung der Beanspruchungszyklen, die aus den Betriebslasten resultieren, lassen sich die berechneten Schädigungswerte gegenüber einer monodirektionalen Windmodellierung deutlich reduzieren. Durch die Nutzung automatisierter Berechnungswerkzeuge können in der Phase des Variantenstudiums auch Modelle für besonders hohe Gittermasten numerisch generiert und hinsichtlich Entwurf und Bemessung optimiert werden. Ein wichtiger Punkt ist, dass die deutlichsten Kosteneinsparungen bei Turmtragwerken sehr großer Höhen im Bereich von “Selbsterrichtungskonzepten” erzielt werden, worauf der Beitrag auch eingeht. Die Randbedingungen dieser Beispiele, die eingeschlagenen Lösungswege sowie eine Auswahl der erzielten Ergebnisse werden vorgestellt.

Concepts for support structures of wind turbines with examples
Using three examples from research and development activities, the potentials and challenges of novel planning and conception of wind turbines are addressed. Fatigue is an essential topic for dimensioning the components of a wind turbine. By determining the stress cycles resulting from the operating loads with a direction dependent wind, the calculated damage values can be significantly reduced compared to a monodirectional wind assumption. By using automated calculation tools, particularly high lattice towers can be numerically generated and optimized in view of conceptual as well as structural design. By using self-erecting tower structures in the area of very large towers, significant costs in the manufacturing process of the structure may be saved compared to conventional lifting processes. The boundary conditions of these examples, the proposed solutions and a selection of results are presented.

Höhere Ausbeute an Windenergie bedeutet höhere Windtürme. In einem vom Research Fund for Coal and Steel (RFCS) geförderten Projekt “Steel Hybrid Onshore Wind Towers Installed with Minimal Effort” (SHOWTIME) wurde sich mit der Frage beschäftigt, wie sehr große Nabenhöhen (> 180 m) wettbewerbsfähig in Stahlbauweise realisiert werden können. Als Lösung wird ein Stahlhybridturm mit einem unteren Teil in Gittermastbauweise und einem oberen Teil in Rohrvollwandbauweise angestrebt. Da Mobilkräne zur Erreichung solcher Nabenhöhen teuer und teilweise gar nicht verfügbar sind, wurde nach alternativen Möglichkeiten gesucht, den Turm zu errichten. So wurde ein integriertes Hebekonzept entwickelt, mit dem das obere Rohrteil am Übergangsstück per Litzenhub nach oben gehoben wird. Wichtig in diesem Zusammenhang ist auch die temporäre Verbindung der beiden Turmteile im Übergangsstück während des Hebevorgangs, da ein Verkippen des Rohrturms während des Hubs verhindert werden muss. In diesem Beitrag werden der innovative Hebevorgang und verschiedene Schritte zur Auslegung des Hebevorgangs und des Übergangsstücks sowie der durchgeführte Demonstrationsversuch vorgestellt.

Integrated lifting process for hybrid lattice-tubular-towers for wind energy
Higher exploitation of wind energy calls for higher wind towers. As part of the project “Steel Hybrid Onshore Wind Towers Installed with Minimal Effort” (SHOWTIME), funded by the Research Fund for Coal and Steel (RFCS), the question was addressed of how very high hub heights (> 180 m) can be realized competitively in steel construction. The preferred solution is a steel hybrid tower with a lower part constructed as a lattice tower and an upper part as a steel tubular tower. Since mobile cranes to reach such hub heights are very expensive and in some cases not available at all, the consortium was looking for alternative possibilities to erect the tower. Therefore, an integrated lifting concept has been developed, whereby the upper tubular section is lifted upwards at the transition piece by means of a strand lift system. The temporary connection of the two tower sections in the transition piece during the lifting process is also important in this context, as the tubular tower must be prevented from tilting during the lift. In this article the innovative lifting process and different steps for the design of the lifting process and the transition piece are presented as well as the demonstration experiment carried out.

Gründungsstrukturen von Offshore-Windenergieanlagen müssen während ihrer Design-Lebensdauer von oftmals mehr als 25 Jahren den Einwirkungen aus Umgebungsbedingungen, Betriebs- und Extremlasten zuverlässig standhalten. Während ihrer Lebensdauer können Offshore-Gründungsstrukturen Strukturveränderungen oder Schäden erfahren. Aus diesem Grund wurde es in Deutschland vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) zur Auflage gemacht, dass etwa 10 % der Strukturen mit einem Monitoringsystem (Structural Health Monitoring, SHM) überwacht werden. In der Praxis der letzten Jahre haben sich eine typische Sensorkonfiguration aus Beschleunigungs-, Neigungs- und Dehnungssensoren sowie die Auswertung der Schwingungsamplituden, Eigenfrequenzen, Neigungen etc. etabliert. Diese Studie stellt eine neuartige, datenbasierte Quantifizierung von Detektionswahrscheinlichkeiten (Probability of Detection, POD) für Strukturveränderungen vor. In dieser Studie wird beispielhaft untersucht, anhand welcher Indikatoren die beiden Strukturveränderungen Kolkbildung und mariner Bewuchs an einer Monopile-Gründungsstruktur detektiert werden können. Dafür werden numerische Analysen mittels finiter Elemente mit gemessenen Schwingungsdaten eines Offshore-Windparks kombiniert.

Probabilistic approach for detection of structural changes on monopile substructures using measured structural health monitoring data
Substructures of offshore wind turbines have to reliably withstand environmental conditions, operational and extreme loads during their design lifetime that may exceed the time period of 25 years. Within their lifetime, they may experience damage and structural changes. For this reason, the German authority Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) has stipulated that approx. ten percent of the offshore substructures in a wind farm have to be equipped with a structural health monitoring system (SHM). In the last years, an industry standard has been established with a sensor configuration of accelerometers, inclinometers and strain gauges to evaluate vibration amplitudes, natural frequencies, inclination etc. This study proposes a novel, data-driven approach for the quantification of probability of detection (POD) for structural changes. This study covers exemplarily, which indicators may be suitable to detect two types of structural change on a monopile substructure, scour and marine growth. To achieve this aim, numerical analyses with finite elements are combined with real measured vibration data from an offshore wind farm.

Ring flange connections for tubular towers, such as those for wind turbines or chimneys, are subjected to significant fatigue loading. Apart from the bolts, it is also necessary to carry out a fatigue analysis of the weld connecting the flange to the tower shell. Owing to the presence of the flange, local bending moments occur in the shell which increase the nominal (membrane) stresses, i. e. stress concentrations occur. This paper presents an analytical model for calculating these local bending moments such that stress concentrations can be determined. The analytical model was compared with results from 3D finite element models, and good agreement was found. The results from the model presented are thus deemed appropriate for design purposes.

Analytische Berechnung von Spannungskonzentrationen an Schweißnähten von Ringflanschverbindungen
Ringflanschverbindungen für Rohrtürme, wie solche für Windenergieanlagen oder Schornsteine, sind einer erheblichen Ermüdungsbeanspruchung ausgesetzt. Neben den Schrauben muss auch die Schweißnaht, die den Flansch mit der Turmschale verbindet, gegen Ermüdungsversagen abgesichert werden. Aufgrund des Vorhandenseins des Flansches treten lokale Biegemomente in der Schale auf, die die nominelle Membranspannung erhöhen, d. h., es treten Spannungskonzentrationen auf. In dieser Arbeit wird ein analytisches Modell vorgestellt, um solche lokalen Biegemomente zu berechnen, sodass Spannungskonzentrationen bestimmt werden können. Das analytische Modell wird mit den Ergebnissen von 3D-Finite-Elemente-Modellen verglichen, wobei eine gute Übereinstimmung festgestellt wird. Die Ergebnisse des vorgestellten Modells werden daher für Entwurfszwecke als angemessen erachtet.

Stahlbau Quiz:
Stahlbau Quiz 2019:
Bücher für die Gewinner

Aktuelles:
Bundesverband Deutscher Stahlhandel - Research: Als die Welt in Europa scheinbar noch in Ordnung war
Durchschnittliche BDSV-Lagerverkaufspreise für Stahlsorten in Deutschland

Tagungen & Veranstaltungen:
Longfei Li: Praxistag Kranbahnen direkt beim Hersteller ist super
Münchener Kranbahntag 2020 - Kranbahnträger nach Eurocode 3 der nächsten Generation
Online-Live-Seminare: Verbundbau nach Eurocode 4
Armin Sdorra: Praxistag Kranbahnen vermittelt konkretes Wissen

Dissertationen:
Nachhaltige Bürogebäude in Stahl- und Stahlverbundbauweise

Einen Besuch wert:
Verkehrsdienst Kißlegg

SZS STEEL NEWS:
Neue Dachorganisation metal.suisse gegründet

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Zum Titelbild:
Was hat die nun allenthalben angestrebte “Neo-Ökologie” mit den Produkten der FAGSI Vertriebs- und Vermietungs-GmbH, einer der führenden Anbieterinnen hochwertiger Gebäude in Containerbauweise zu tun? Das Unternehmen erweist sich mit seinen Gebäudelösungen etwa als ein Pionier der “Sharing Economy”. Seit beinahe 40 Jahren betreibt es mit seinen Mietlösungen für Containergebäude dieses Geschäftsmodell. Dabei nutzen Kunden die Gebäude exakt so lange, wie sie diese benötigen. Von wenigen Monaten bis zu Standzeiten von mehreren Jahren ist dank der speziell für diese Anforderung entwickelten Produktreihen ProEnergy und ProLife alles üblich. Besteht kein Bedarf mehr für die Containergebäude, nimmt FAGSI sie wieder zurück, bereitet sie auf und stellt sie rundumerneuert einem anderen Kunden zur zeitlich begrenzten Nutzung bereit. (Foto: FAGSI)

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Stählerne Druckrohrleitungen in Wasserkraftanlagen führen das Triebwasser von der Wasserfassung über weite Strecken und oft sehr große Höhensprünge hinweg zu den Kraftwerksturbinen. Als gleichzeitige Strukturelemente und Transportleitungen stellen sie besonders hoch und komplex beanspruchte Stahlkonstruktionen dar. Für die Betreiber von Wasserkraftanlagen ist die Bewertung des Zustands von Druckrohrleitungen daher einer der wichtigsten Schritte im Zuge der Erteilung, Erneuerung und Aufrechterhaltung einer Nutzungskonzession durch die staatlichen Behörden. Für die Wasserkraftanlagen in der italienischen Autonomen Provinz Bozen - Südtirol wurden - aufgrund ihrer besonderen Bedeutung für die Energieversorgung des Landes und des Alters der Anlagen - in den letzten Jahren systematisch derartige Zustandsbewertungen (Assessments) durchgeführt. Für die Bewertung bestehender älterer Druckrohrleitungen im Hinblick auf die statisch-konstruktive Trag- und Betriebssicherheit muss dabei - aufgrund des Fehlens von einschlägigen Normen und Regelwerken mit allgemein anerkannten, durchgehenden Vorgehensweisen - auf die Expertise aus verschiedenen Literaturstellen und Fachbereichen zurückgegriffen werden. Das ist der Tatsache geschuldet, dass Druckrohrleitungen typische Eigenschaften sowohl eines (stählernen) Bauwerks als auch einer Hochdruckkomponente des Anlagenbaus aufweisen. Damit spielen die Ergebnisse von zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfungen sowie die Anwendung fortschrittlicher numerischer Berechnungen und Nachweisverfahren eine besonders große Rolle. Dieser Beitrag vermittelt einen Überblick über die im Land Südtirol in den letzten Jahren durchgeführten Zustandsbewertungen bei Druckrohrleitungen und die dabei angewandten Methoden.

Assessment of existing steel penstocks in hydropower plants - strategies in the context of the installations in South Tyrol
Steel penstocks carry water over large distances and often steep changes of altitude from the water catchment to the turbines in the powerhouse. As structural elements and - simultaneously - fluid transport lines, they represent steel structural elements that are loaded in a very high and complex manner. For the operators of hydropower plants, the assessment of the structural condition and the associated risks of steel penstocks thus represents one of the crucial steps needed to obtain, renew and maintain an operating concession from public authorities. Assessments of this type were carried out systematically over the course of the last few years for the many hydropower plants in the Italian Autonomous Province of Bolzano - South Tyrol, due to their particular significance for the energy supply of the region and the advanced service life of many plants. The assessment of the structural health and safety of existing, ageing steel penstocks thereby requires expertise drawn from various disciplines and reports from literature, due to the fact that no encompassing, dedicated standard or code of practice for this task is currently available that fully reflects the current state of the art in the reliability and strength of steel structures for this type of components. In fact, steel penstocks in hydropower plants share some features with civil steelwork structures and others with pressure vessels and components. Non-destructive testing techniques as well as advanced, non-linear numerical calculations thus play a significant part. This article gives a summary of the methods and techniques recently applied for the assessment of steel penstocks in South Tyrol.

Der Dortmund-Ems-Kanal (DEK) als eine der wichtigsten künstlichen Wasserstraßenverbindungen Deutschlands wird - wie alle übrigen Wasserstraßen des westdeutschen Kanalnetzes - seit den 1980er-Jahren für die Begegnungen von Großmotorgüterschiffen und Schubverband ausgebaut. Im Zuge des Ausbaus müssen sämtliche kreuzenden Bauwerke wie Tunnel, Durchlässe oder Brücken an die neuen Abmessungen des Kanals angepasst werden. In vielen Losabschnitten ist das Kanalbett des DEK im Bereich der Südstrecke zwischen Dortmund und Bergeshövede bereits verbreitert und vertieft, Brücken und Düker sind dem Ausbauziel angepasst worden.
Das Wasserstraßen-Neubauamt Datteln (WNA) wird die in den 1930er-Jahren errichtete Kanalbrücke (KBr) Ems bei DEK-km 78,806N im Rahmen dieses Ausbauziels erneuern. Für den Neubau ist die Erstellung eines Doppeltrogs unter laufender Schifffahrt geplant. Der erste Trog sollte ursprünglich direkt neben der bestehenden KBr gebaut werden. Aufgrund des schlechten baulichen Zustands der KBr Ems wurde nach einer Variantenuntersuchung eine Umfahrungsstrecke als wirtschaftlichste, bautechnisch sinnvollste Lösung festgelegt. Derzeit befindet sich diese Umfahrungsstrecke in der Ausführungsphase; im Herbst 2019 wurde der Stahltrog der Umfahrungsstrecke horizontal über die Ems verschoben.

Construction of Canal Aqueduct Ems - 2110 t of steel above the Ems
Since the 1980s the Dortmund-Ems Canal (DEK), one of the most important German inland waterways, has been extended - as all other inland waterways of the Western German network of canals - so that large inland cargo vessels and convoys are able to pass. In the course of this expansion the structures crossing the canal like tunnels, culverts or bridges have to be adapted to the canal's new dimensions. In the area of the southern stretch between Dortmund and Bergeshövede several sections of the canal have already been widened and deepened; bridges and culverts have been adapted.
The Waterway Engineeering and Construction Office in Datteln will renew the Canal Aqueduct Ems at DEK-km 78, 806N, which was built in the 1930s, within the scope of this mentioned expansion target. The replacement is planned as a so-called double-trough during ongoing shipping. Originally, the first trough was meant to be built directly next to the existing canal aqueduct. An analysis of variants lead to a bypass canal as the most economical and most structurally reasonable solution due to the poor condition of the Canal Aqueduct Ems. Currently the bypass canal is being realised and in autumn 2019, the corresponding steel trough was horizontally pushed across the Ems.

Der Sylvensteinspeicher - Bayerns ältester staatlicher Wasserspeicher - wurde 1954-1959 gebaut und liegt ca. 60 km südlich von München. Die Talsperre, ein 48,5 m hoher Erddamm, schützt die Unterlieger vor Hochwasser, sichert eine ausreichende Niedrigwasseraufhöhung und liefert umweltfreundlichen Strom aus Wasserkraft. Um die Betriebssicherheit der Anlage zu erhalten, wurde bereits 1994 mit umfangreichen Nachrüstungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen begonnen. Diese umfassen den Neubau einer zusätzlichen Hochwasserentlastung, eine Dammerhöhung um 3 m, den Einbau einer zusätzlichen Dichtwand in Damm und Untergrund sowie ein an den Stand der Technik angepasstes neues Sickerwassermesssystem. Die Erneuerung des gesamten Stahlwasserbaus ist derzeit in der letzten Phase. Die besonderen Herausforderungen, speziell für den Stahlwasserbau, waren das Bauen im Bestand unter sehr beengten Platzverhältnissen sowie die zwingenden Vorgaben des laufenden Betriebs der Talsperre.

Hydraulic steel construction renewal of the Sylvenstein reservoir
The Sylvenstein reservoir - Bavaria's oldest state-run reservoir - was erected between 1954 and 1959 and is located about 60 km south of Munich. The dam, a 48.5 m high earth dam, protects the lower reaches of the river from flooding, ensures adequate minimum water flow and delivers green hydropower. In order to maintain the operational safety of the Sylvenstein reservoir, extensive retrofitting and upgrading measures were started as early as 1994. These include the construction of an additional spillway, a dam heightening of 3 m, the installation of an additional sealing wall in the dam and underground, and a new leakage water measuring system adapted to the state of the art. The renewal of the entire hydraulic steel construction is currently in its final phase. The special challenge, especially for the hydraulic steel construction, was to perform the work under very limited space conditions as well as to meet the mandatory requirement of continued operation of the dam.

Die beweglichen Strukturen an Schleusen und Stauanlagen sind Bauteile, die sich an der Schnittlinie zwischen Maschinenbau und Bauwesen befinden. Diese Stahlwasserbauten haben besondere Anforderungen an die Abwicklung. Dies beginnt mit der technischen Bearbeitung - es sind unterschiedliche Lagerungszustände, unterschiedliche statische Systeme und Bewegungen zu berücksichtigen, Schwingungsanregungen stellen ebenfalls eine Herausforderung dar. Die Behandlung dieser Randbedingungen in einem Planungsprozess führt dazu, dass Stahlwasserbauten zu den aufwendigsten Tragstrukturen gehören. Hier wird von den allgemeinen Randbedingungen von Wehranlagen und im Besonderen dieses Projekts berichtet. Dabei werden die daraus resultierenden Strukturen vom Oberwasserrevisionsverschluss zur Baugrubenumschließung und dem eigentlichen Wehrkörper betrachtet. Die durchgängige Bearbeitung mit BIM bietet für diese Klasse von Bauwerken spezifische Chancen und Randbedingungen, deren Lösungsansätze hier gezeigt werden.

Viereth weir: advantages of continuous processing with BIM in the complex design of hydraulic steel structures
The movable structures on locks and weirs are components located at the interface between mechanical and civil engineering. The handling requirements of hydraulic steel structures are special. It starts with technical processing - different bearing conditions, different static systems and movements are to be considered; vibration may also be a challenge. Dealing with these conditions in a planning process makes hydraulic steel structures the most complex supporting structures. The following is a report on the general conditions relating to weirs and especially the given project. The resulting structures ranging from the upstream inspection gate to the construction pit confinement and the actual weir body are contemplated. The consistent application of BIM offers specific opportunities and conditions for this category of structures; approaches for solutions are described below.

An den etwa 90 Jahre alten Wehrwalzen von Hengstey- und Baldeneysee standen erstmals in ihrer Betriebszeit grundlegende Sanierungsarbeiten an. Hierzu werden die Walzen zunächst vollständig entschichtet, dann defekte Stahlbauteile ausgetauscht und anschließend ein neuer Korrosionsschutz aufgetragen. Zudem werden Antriebsketten erneuert und vorhandene Dichtungskonstruktionen ersetzt. Zu den Herausforderungen bei der Sanierung zählen u. a. voneinander abweichende Angaben in alten Statiken und Bestandsplänen, problematische Schadstoffgehalte in der alten Korrosionsbeschichtung sowie die Wiederherstellung eines dichten Anschlusses zwischen Walzen und Sohlbalken.

Rehabilitation of the roller drum gates at Lake Hengstey and Lake Baldeney
For the first time in their operating time of approximately 90 years, there was a major rehabilitation of the roller drum gates at the lakes Hengstey and Baldeney required. For this purpose, the roller drum gates were first completely decoated, then defective steel components were replaced and finally a new corrosion coating was applied. In addition, chains have been renewed and existing seal designs replaced. The challenges in the rehabiltation included divergent information in old statics and inventory plans, problematic pollutant levels in the old corrosion coating as well as a tight connection between the roller drum gates and the weir structure.

Das Wehr Horkheim befindet sich am Neckar und bildet gemeinsam mit der Schleuse, dem Kraftwerk und einem Hochwassersperrtor die stromaufwärts nächste Staustufe nach Heilbronn. Das Wehr selbst liegt am oberen Ende im Horkheimer Altneckar und wurde in den Jahren 1927-1929 errichtet.
Im Jahr 2008 wurde durch die WSV (Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes) auf Grundlage des altersgemäßen Bauwerkszustands beschlossen, eine Grundinstandsetzung des Wehrs vorzunehmen und dem Amt für Neckarausbau Heidelberg (ANH) die Planungshoheit bezüglich dieser Maßnahme übertragen.
Das ANH hat hierzu im Jahr 2008 die Planungsgemeinschaft aus den beiden Ingenieurbüros IRS Stahlwasserbau Consulting AG (Würzburg) und Weber-Ingenieure GmbH (Heilbronn) mit der Planung der Grundinstandsetzung beauftragt.
Die Planung erfolgte im Wesentlichen gemäß der DIN 19704 (Stahlwasserbau), DIN 18800 Teil 1-3 (Stahlbau, damals gültige Norm) und für die Fischbauchklappe nach EN 1993-1-1 für den Nachweis auf Ermüdung.

Horkheim weir on the Neckar River - general refurbishment
Horkheim weir is located on the Neckar River and represents - in combination with the lock, the power station and a flood control gate - the next upstream barrage towards Heilbronn. The weir itself is located at the upstream end in the Horkheim Altneckar river section. The weir was built from 1927 to 1929.
In 2008, the WSV (Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes [Federal Waterways and Shipping Authorities]) decided on a general refurbishment of the weir due to the structures age-related condition and transferred the planning authority for this project to the Amt für Neckarausbau Heidelberg (ANH [office for Neckar development, Heidelberg]).
For this purpose, the ANH commissioned the planning consortium consisting of the two engineering firms IRS Stahlwasserbau Consulting AG (Würzburg) and Weber-Ingenieure GmbH (Heilbronn) to plan the general refurbishment activities.
Planning was primarily based on DIN 19704 (Hydraulic steel structures), DIN 18800 Part 1-3 (Steel structures, applicable standard at that time), and EN 1993-1-1 for the fatigue analysis of the fishbelly flap.

In diesem Beitrag werden die Grundsätze der mehrstufigen Finite-Elemente-Modellierung für die Bemessung von Stahlverbindungen beschrieben. Der wesentliche Bestandteil der Bemessung durch finite Elemente ist die Validierung und Verifizierung des Modells und seiner Ergebnisse. Für Modelle mit Schalen- und Volumenkörpern handelt es sich um eine Untersuchung der Netzsensitivität. Bei der komponentenbasierten Finite-Elemente-Methode (CBFEM) werden die Stahlplatten mittels nichtlinearer Materialanalyse (MNA) untersucht. Ihre Tragfähigkeit im plastischen Zustand wird durch die Dehnungen begrenzt. Das Verhalten der Komponenten, z. B. von Schrauben, Ankerschrauben, Schweißnähten usw., wird durch die Einführung nichtlinearer Federn berücksichtigt, die das Verhalten der Komponenten in Bezug auf Anfangssteifigkeit, Zugtragfähigkeit und Verformungskapazität darstellen. Zur Erläuterung dieses Vorgehens wird ein Überblick über die Erfolgsgeschichte der Finite-Elemente-Analyse (FEA) in Stahlbauverbindungen zusammengestellt. Dieser Beitrag zeigt Unterschiede zwischen den forschungs- und bemessungsorientierten Modellen und den aktuellen Erkenntnissen in der Modellierung von Verbindungskomponenten. Beide haben ihre Berechtigung in weiterführenden Untersuchungen. Die Validierung und Verifizierung wird am Modell des Blockversagens aufgrund des Versagens für die Knotenblechverbindung und für die durch Biegemomente um beide Achsen belasteten Grundplatten dargestellt. Die Schlussfolgerung zeigt das Potenzial bei der Bemessung von Bauteilen, einschließlich ihrer Anschlüsse.

Component based finite element design of steel joints
This paper describes the principles of multi-level finite element modelling for design of structural steel joints. The internal part of the design by finite elements is the validation and verification of the model and its results. For models by shell and solid elements is mesh sensitivity study. In component bases finite element design (CBFEB) are the steel plates considered by geometrically and materially non-linear analysis (GMNA). Its resistance in elastoplastic stage is limited by strains. The behaviour of components, e. g. of bolts, anchor bolts, welds etc., is treated by introducing nonlinear springs representing its behaviour in term of initial stiffness, ultimate resistance and deformation capacity. To show this process a contribution is prepared, which summarises the history of achievements of finite element analyses (FEA) in structural steel connections. This paper shows differences of the research-oriented and design-oriented models and the currents trends in modelling of connection components. Both have their roles in advanced analyses. The validation and verification is demonstrated on model of block shear during potential failure mode for gusset plate connection and for the base plates loaded by bending moments to both axes. The summary shows the potential in design of elements including its connection.

Im Gespräch:
Im Gespräch mit Reiner Nagel zum Konvent der Baukultur 2020

Persönliches: Bernhard Hauke für Verlag Ernst & Sohn in Konvent der Baukultur 2020 berufen

Wettbewerbe: Deutscher Nachhaltigkeitspreis sucht Vorbilder der Transformation im Bausektor

Tagungen und Veranstaltungen: Verbundbau nach Eurocode 4 - Seminar wird Webinar
Münchener Kranbahntag 2020 - Planung, Bemessung und Ausführung am 24. September
Eurosteel Conference verschoben auf 1. bis 3. September 2021

Rezension: Rezension

Einen Besuch wert: Einen Besuch wert: RömerMuseum Xanten

ÖSTV news: Metallschutztage Korrosionsschutz und Brandschutz auf Oktober verschoben

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Zum Titelbild:
Direkt am Salzburger Kurgarten gelegen, wurde der Neubau des Badehauses Paracelsus als begehbare Erweiterung des Parks geplant. Verantwortlich zeichnet dafür das Wiener Architekturbüro “BERGER + PARKKINEN”. Zur Realisierung der ausgefallenen Optik - mit viel Schwung und Leichtigkeit, war eine sehr spezifische Kombination aus Stahl und Beton erforderlich, die sich in den Stahlverbunddecken SUPERHOLORIB® der Montana Bausysteme AG fand. Das System vereint die Eigenschaften von Stahl und Beton in perfekter Weise, und: die Elemente sind zudem sehr flexibel und konnten einfach und ohne großen Aufwand vor Ort zugeschnitten werden. Die teilweise verschachtelten und gewölbten Dachflächen des neuen Paracelsusgebäudes waren so wie geplant umsetzbar. (Foto: montana)